UPS-GT003278

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA 
SEDE GUAYAQUIL 
 
CARRERA DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA 
TRABAJO DE TITULACIÓN PREVIO A LA 
OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO ELECTRÓNICO 
 
 
 
PROYECTO TÉCNICO: 
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE 
ESTACIÓN METEOROLÓGICA AGRÍCOLA 
AUTOSUSTENTABLE PARA EL MONITOREO DE 
PARÁMETROS AMBIENTALES EN CULTIVOS DE CACAO 
MEDIANTE RASPBERRY PI 
 
AUTORES: 
 
 
CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO 
DANNY FABIÁN LÓPEZ VARGAS 
 
TUTOR: 
PHD LENIN ESTUARDO CEVALLOS ROBALINO 
GUAYAQUIL – ECUADOR 
2021 
II 
 
 
Certificado de responsabilidad y autoría del trabajo de titulación 
 
 
 
Yo, CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO y DANNY FABIÁN LÓPEZ VARGAS, 
estudiantes de ingeniería electrónica de la Universidad Politécnica Salesiana 
certificamos que los conceptos desarrollados, análisis realizados y las conclusiones 
del presente proyecto de titulación son de exclusiva responsabilidad de los autores y 
es propiedad intelectual de la Universidad Politécnica Salesiana. 
 
 
 
 
Guayaquil, mayo del 2021 
 
 
 
 
 
 
 
(f) 
CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO 
C.I. 0930569884 
 
 
 
 
 
 
 
(f) 
DANNY FABIÁN LÓPEZ VARGAS 
C.I. 0919750323 
III 
 
 
Certificado de cesión de derechos de autor del trabajo de titulación a la UPS 
 
 
 
Yo, CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO y con documento de identificación N.º 
0930569884 y DANNY FABIÁN LÓPEZ VARGAS con documento de identificación 
N.º 0919750323, manifiesto mi voluntad de ceder a la Universidad Politécnica 
Salesiana los derechos patrimoniales en calidad de autores del proyecto de titulación 
titulado “DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN 
METEOROLÓGICA AGRÍCOLA AUTOSUSTENTABLE PARA EL MONITOREO DE 
PARÁMETROS AMBIENTALES EN CULTIVOS DE CACAO MEDIANTE 
RASPBERRY PI”, mismo que ha sido desarrollado para optar por el título de ingeniero 
electrónico con énfasis en telecomunicaciones, en la Universidad Politécnica 
Salesiana, quedando la universidad facultada para ejercer plenamente los derechos 
cedidos anteriormente. 
 
En aplicación a lo determinado en la ley de propiedad intelectual, en nuestra 
condición de autores nos reservamos los derechos morales de la obra antes citada. 
 
En concordancia, suscribimos este documento en el momento que hacemos entrega 
del trabajo final en formato impreso y digital a la biblioteca de la Universidad 
Politécnica Salesiana. 
 
Guayaquil, mayo del 2021 
 
 
 
(f) 
CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO 
C.I. 0930569884 
 
 
 
(f) 
DANNY FABIÁN LÓPEZ VARGAS 
C.I. 0919750323 
IV 
 
 
Certificado de dirección del trabajo de titulación 
 
 
 
Por medio de la presente doy a conocer que el proyecto de titulación “DISEÑO E 
IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE ESTACIÓN METEOROLÓGICA 
AGRÍCOLA AUTOSUSTENTABLE PARA EL MONITOREO DE PARÁMETROS 
AMBIENTALES EN CULTIVOS DE CACAO MEDIANTE RASPBERRY PI” 
presentado por CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO y DANNY FABIÁN LÓPEZ 
VARGAS para optar por el título de ingeniero electrónico con énfasis 
telecomunicaciones, se ajusta a las normas establecidas por la Universidad 
Politécnica Salesiana, por tanto, autorizo su presentación ante las autoridades 
pertinentes. 
 
 
 
 
Guayaquil, mayo del 2021 
 
 
 
 
PhD. LENIN ESTUARDO CEVALLOS ROBALINO 
DIRECTOR DE PROYECTO DE TESIS 
LENIN 
ESTUARDO 
CEVALLOS 
(f)_ROBALINO 
por LENIN ESTUARDO 
CEVALLOS ROBALINO 
Fecha: 2021.05.31 
04:24:33 +02'00' 
V 
 
 
Dedicatoria 
 
 
 
CARLOS LUIS BALLADARES FEIJOO 
 
 
Este presente proyecto investigativo se la dedico principalmente a Dios, quien supo 
verdaderamente guiarme por este arduo camino, por ser el inspirador y regalarme 
fuerzas para poder seguir adelante y no decaer en todas las adversidades que se me 
presentaban sin perder jamás la dignidad ni desfallecer en el intento. A 
mis padres quienes me forjaron como la persona que soy ahora en la actualidad; 
todos mis logros se los debo a ellos, me formaron con reglas y con ciertas libertades, 
que a la final de cuentas, me motivaron a poder seguir adelante y poder alcanzar 
todos mis anhelos. 
A todas esas personas especiales que nos han apoyado y han hecho que todo este 
trabajo se realice con todo el éxito y sobre todo a esas personas que nos abrieron las 
puertas y compartieron conocimientos. 
Pero mi mayor agradecimiento se la dedico de corazón a mis abuelos MOMA Y PIPO 
que se que ellos les hubiera encantado mucho haberme visto culminar esta gran 
etapa, ellos fueron y serán mi pilar fundamental en esta gran etapa. 
 
 
 
DANNY FABIÁN LÓPEZ VARGAS 
 
 
Agradecemos a Dios por habernos dado la oportunidad de culminar con éxito una 
etapa más de nuestras vidas, brindándonos día a día paciencia, sabiduría y 
perseverancia para alcanzar nuestros objetivos. Extendemos nuestro agradecimiento 
también a nuestros padres quienes fueron el pilar fundamental y apoyo incondicional 
en todo tiempo. 
Quiero agradecer de forma muy especial a Joselyn Ochoa por estar conmigo a cada 
momento dándome su fiel apoyo, consejo y palabra de aliento durante todo este 
proceso. Quiero finalizar agradeciendo a la Universidad Politécnica Salesiana en 
conjunto a todos sus colaboradores por todo el conocimiento compartido hacia 
nosotros durante todos este tiempo. 
VI 
 
 
Resumen 
 
 
Este proyecto de tesis tiene como principal objetivo el diseño e implementación de un 
prototipo de estación meteorológica agrícola autosustentable para el monitoreo de 
parámetros ambientales en cultivo de cacao mediante Raspberry PI para ser 
aplicados en granjas agrícolas del Ecuador con el fin de tecnificar el crecimiento y 
mantenimiento de plantaciones de cacao, con el constante monitoreo aplicando 
sensores y tecnologías del internet de las cosas mediante hardware de bajo costo 
como ESP32 y Raspberry PI, base de datos y programación de APP que servirá para 
el monitoreo de los parámetros ambientales del prototipo. 
 
Este proyecto de investigación es de suma importancia para los agricultores de la 
zona costa del Ecuador donde se da la producción y cosecha del cacao fino de aroma 
o cacao nacional. Utilizando herramientas del IoT y las telecomunicaciones podemos 
monitorizar constantemente diferentes parámetros ambientales para llevar un 
adecuado control en el crecimiento de la planta de cacao, ya que el objetivo es que 
el cacao sea de la mejor calidad posible. En primera instancia se desarrolla un 
prototipo de estación meteorológica agrícola autosustentable que se armará y 
configurará en el domicilio del autor de este trabajo Danny López, en este lugar se 
realizarán todas las pruebas de configuraciones de sensores y diseño de la 
electrónica para el prototipo de estación meteorológica. Posterior a las 
configuraciones de la estación meteorológica se realizará una maqueta de vivero 
agrícola de cultivo de cacao que será situada en el mismo domicilio del autor para las 
pruebas y monitorización de varias semanas con lo cual se obtendrá datos 
significativos de sensores como los de humedad ambiental, temperatura, caudal de 
lluvia, velocidad del viento, humedad de suelo y radiación solar UV que serán 
enviados a una base de datos en la Raspberry PI para su posterior análisis lo cual 
determinará información relevante para la toma de decisiones en el crecimiento de la 
planta de cacao. Los docentes investigadores, así como los estudiantes de la carrera 
de telecomunicaciones de la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil, se 
verán beneficiados ya que tendrán a su disposición un prototipo de estación 
meteorológico agrícola para poner en práctica sus conocimientos del internet de las 
cosas, las telecomunicaciones y de la electrónica de bajo costo con el uso de 
Raspberry PI y ESP32. 
VIIAbstract 
 
 
This thesis project has as its main objective the design and implementation of a 
prototype self-sustaining agricultural weather station for monitoring environmental 
parameters in cocoa cultivation using Raspberry PI to be applied on agricultural farms 
in Ecuador in order to technology the growth and maintenance of cocoa plantations, 
with constant monitoring applying sensors and internet of things technologies using 
low-cost hardware such as ESP32 and Raspberry PI , database and PPP 
programming that will be used for monitoring the environmental parameters of the 
prototype. 
 
This research project is of paramount importance to farmers in the coast of Ecuador 
where the production and harvest of fine cocoa of aroma or national cocoa is given. 
Using IoT and telecommunications tools we can constantly monitor different 
environmental parameters to keep an adequate control over the growth of the cocoa 
plant, since the objective is that cocoa is of the best possible quality. In the first 
instance, a prototype self-sustaining agricultural weather station is developed that will 
be assembled and configured at the home of the author of this work Danny López, in 
this place will be carried out all the tests of sensor configurations and electronics 
design for the prototype weather station. Following the configurations of the weather 
station, a model of agricultural cocoa culture nursery will be made that will be located 
in the same address of the author for testing and monitoring for several weeks so that 
significant data will be obtained from sensors such as ambient humidity, temperature, 
rain flow, wind speed, soil humidity and UV solar radiation that will be sent to a 
database on the Raspberry PI for further analysis which will determine information 
relevant to decision-making in the growth of the cocoa plant. Research teachers, as 
well as students in the telecommunications career of the Salesiana Polytechnic 
University headquarters Guayaquil, will benefit as they will have at their disposal a 
prototype agricultural weather station to put into practice their knowledge of the 
Internet of Things, telecommunications, and low-cost electronics with the use of 
Raspberry PI and ESP32. 
VIII 
 
 
Índice general 
Certificado de responsabilidad y autoría del trabajo de titulación .............................. II 
Certificado de cesión de derechos de autor del trabajo de titulación a la UPS ......... III 
Certificado de dirección del trabajo de titulación ..................................................... IV 
Dedicatoria .............................................................................................................. V 
Resumen ................................................................................................................ VI 
Abstract ................................................................................................................. VII 
Índice general ....................................................................................................... VIII 
Índice de figuras ..................................................................................................... XI 
Índice de tablas..................................................................................................... XIV 
Introducción ........................................................................................................... XV 
1. El problema ....................................................................................................... 1 
1.1. Descripción del problema ........................................................................... 1 
1.2. Antecedentes ............................................................................................. 2 
1.3. Importancia y alcance ................................................................................. 3 
1.4. Delimitación ................................................................................................ 3 
1.5. Beneficiarios de la propuesta ...................................................................... 4 
1.6. Propuesta de solución ................................................................................ 4 
1.7. Innovación e impacto del proyecto .............................................................. 4 
1.8. Objetivo general ......................................................................................... 5 
1.9. Objetivo específico ..................................................................................... 5 
2. Fundamentos teóricos ....................................................................................... 6 
2.1. Historia del cacao en el Ecuador ................................................................ 6 
2.2. Producción del cacao en el Ecuador ......................................................... 11 
2.3. Zonificación agroecológica del cultivo de cacao en el Ecuador ................. 21 
2.4. Tipos de cacao en el Ecuador................................................................... 23 
2.4.1. Cacao forastero ................................................................................. 23 
2.4.2. Cacao criollo ...................................................................................... 24 
2.4.3. Cacao trinitario .................................................................................. 25 
2.4.4. Cacao CCN-51 .................................................................................. 25 
2.5. Procedimientos para el cultivo del cacao .................................................. 26 
IX 
 
 
2.5.1. Materiales para la siembra de cacao ................................................. 28 
2.5.2. Condiciones Agroecológicas para la siembra de cacao ..................... 29 
2.5.3. Requerimientos de suelo para el cultivo de cacao ............................. 31 
2.5.4. Requerimientos climáticos y edáficos ................................................ 32 
2.5.5. Zonas de producción en el país ......................................................... 33 
2.6. Climatología agrícola ................................................................................ 33 
2.7. Estación meteorológica agrícola ............................................................... 36 
2.8. Variables físicas de medición de las estaciones meteorológicas agrícolas 
37 
2.8.1. Temperatura ...................................................................................... 38 
2.8.2. Humedad ........................................................................................... 38 
2.8.3. Presión atmosférica ........................................................................... 39 
2.8.4. Velocidad del viento .......................................................................... 39 
2.8.5. La lluvia ............................................................................................. 40 
2.9. ESP32 ...................................................................................................... 41 
2.10. Rasbperry PI 3 ...................................................................................... 42 
2.10.1. Especificaciones técnicas Raspberry PI 3 ...................................... 43 
2.11. Sensores de estación meteorológica agrícola ....................................... 44 
2.11.1. Sensor de Velocidad del viento. ..................................................... 44 
2.11.2. Sensor dirección del viento ............................................................ 45 
2.11.3. Pluviómetro .................................................................................... 47 
2.11.4. Sensor de temperatura con sonda ................................................. 48 
2.11.5. Módulo GSM / GPSRS + GPS ....................................................... 49 
2.11.6.Sensor UV ..................................................................................... 50 
2.11.7. Sensor Humedad del suelo ............................................................ 51 
2.11.8. Sensor humedad y temperatura ambiente ..................................... 52 
3. Marco metodológico ........................................................................................ 54 
3.1. Tipo de investigación ................................................................................ 54 
3.2. Diseño de investigación ............................................................................ 54 
3.3. Enfoque de la investigación ...................................................................... 55 
3.4. Metodología de investigación ................................................................... 55 
3.5. Proyectos de investigación vinculados...................................................... 56 
X 
 
 
3.6. Título de la propuesta ............................................................................... 57 
3.7. Descripción de la propuesta ..................................................................... 57 
3.8. Desarrollo de la propuesta ........................................................................ 59 
3.9. Conectorización de prototipo de estación meteorológica agrícola 
autosustentable. ................................................................................................. 65 
3.10. Conectorización de sensores ................................................................ 73 
3.11. Test de sensores................................................................................... 78 
3.11.1. Test de sensor de temperatura y humedad DTH11 ........................ 79 
3.11.2. Test de sensor de temperatura de suelo DS18B20 ....................... 80 
3.11.3. Test de sensor de humedad de suelo ........................................... 81 
3.11.4. Test de sensor de cantidad de lluvia ............................................. 82 
3.11.5. Test de sensor UV ........................................................................ 85 
3.11.6. Test de sensor de velocidad de viento .......................................... 87 
3.11.7. Test de sensor de dirección del viento .......................................... 89 
3.11.8. Test de módulo GSM .................................................................... 91 
3.12. Código final cargado al ESP32 .............................................................. 95 
4. Resultados .................................................................................................... 111 
4.1. Visualización de datos en ThinkSpeak vía web ...................................... 118 
4.2. Visualización de datos en ThinkSpeak vía APP ...................................... 120 
4.3. Visualización de datos de alerta en SMS ................................................ 124 
5. Análisis de resultados ................................................................................... 125 
5.1. Análisis de datos de temperatura ambiente ............................................ 128 
5.2. Análisis de datos de humedad relativa .................................................... 129 
5.3. Análisis de datos de temperatura de suelo ............................................. 130 
5.4. Análisis de datos de humedad de suelo .................................................. 130 
5.5. Análisis de datos de rayos UV ................................................................ 131 
5.6. Análisis de datos de dirección del viento ................................................ 132 
5.7. Análisis de datos de velocidad del viento ................................................ 133 
5.8. Análisis de datos de cantidad de lluvia ................................................... 134 
6. Conclusiones ................................................................................................ 136 
7. Recomendaciones ........................................................................................ 138 
Referencias bibliográficas ..................................................................................... 139 
XI 
 
 
Índice de figuras 
 
 
Figura 2.1 Cacao fino de aroma ecuatoriano ............................................................ 7 
Figura 2.2 Hacienda de cacao Esperanza – Los Ríos ............................................... 8 
Figura 2.3 Precio internacional del cacao 1960 – 2005 ........................................... 10 
Figura 2.4 Mapa de la producción Nacional de cacao al 2018 ................................ 13 
Figura 2.5 Superficie cosechada (hectáreas), producción y rendimiento ................. 13 
Figura 2.6 Rendimiento a nivel nacional del cacao, participación en la producción 
nacional 2018 cacao (almendra seca)..................................................................... 14 
Figura 2.7 Precio productor de cacao en quintal ..................................................... 15 
Figura 2.8 Precio internacional del cacao fino de aroma en tonelada...................... 16 
Figura 2.9 Participación de importaciones mundiales de cacao en grano por países, 
año 2018 ................................................................................................................ 17 
Figura 2.10 Participación de producción mundial de cacao para el año 2018 ......... 17 
Figura 2.11 Tenencia de la tierra de productores de cacao 2018. ........................... 18 
Figura 2.12 Superficie y rendimiento nacional de cacao seco durante los años 2008 
a 2018 .................................................................................................................... 19 
Figura 2.13 Pérdidas de la producción en las plantaciones de cacao de la provincia 
de Los Ríos 2018.................................................................................................... 20 
Figura 2.14 Cacao forastero ................................................................................... 24 
Figura 2.15 Cacao criollo ........................................................................................ 24 
Figura 2.16 Cacao trinitario ..................................................................................... 26 
Figura 2.17 Proceso técnico del ciclo del cacao en la cadena ................................ 27 
Figura 2.18 Cadena del caco, procesos, actores y relaciones técnico – económica 
...............................................................................................................................27 
Figura 2.19 Materiales de siembra de cacao .......................................................... 29 
Figura 2.20 Condiciones agroecológicas del cacao ................................................ 30 
Figura 2.21 Vivero de cacao ................................................................................... 32 
Figura 2.22 Estación meteorológica para la agricultura ........................................... 35 
Figura 2.23 Estación meteorológica para la agricultura ........................................... 37 
Figura 2.24 ESP32 ................................................................................................. 42 
Figura 2.25 Raspberry PI ........................................................................................ 43 
Figura 2.26 Sensor velocidad del viento ................................................................. 45 
Figura 2.27 Sensor velocidad del viento ................................................................. 47 
XII 
 
 
Figura 2.28 Pluviómetro .......................................................................................... 48 
Figura 2.29 Sensor temperatura con sonda ............................................................ 49 
Figura 2.30 Módulo GSM GPRS GPS.....................................................................50 
Figura 2.31 Sensor UV ........................................................................................... 51 
Figura 2.32 Sensor humedad del suelo................................................................... 52 
Figura 2.33 Sensor humedad y temperatura ........................................................... 53 
Figura 3.1 Prototipo de estación meteorológica autosustentable utilizada para 
agricultura ............................................................................................................... 57 
Figura 3.2 Planta de cacao ..................................................................................... 59 
Figura 3.3 Elementos del PCB ................................................................................ 60 
Figura 3.4 Conexiones del ESP32 .......................................................................... 60 
Figura 3.5 Conexión U1 – CP2102 GMR ................................................................ 61 
Figura 3.6 Conexión LM2576 .................................................................................. 61 
Figura 3.7 Conexiones IC1 ..................................................................................... 62 
Figura 3.8 Conexiones ADS1115 ............................................................................ 62 
Figura 3.9 Conexiones sensores ............................................................................ 63 
Figura 3.10 Conexiones MIC-29302 ....................................................................... 63 
Figura 3.11 Conexiones SIM 808 ............................................................................ 64 
Figura 3.12 Diseño en 3D de la PCB del prototipo .................................................. 64 
Figura 3.13 Conexión de elementos del prototipo ................................................... 65 
Figura 3.14 Etiquetado de los conectores de los sensores ..................................... 66 
Figura 3.15 Protección de los sensores .................................................................. 66 
Figura 3.16 Armado de pedestal base del prototipo ................................................ 67 
Figura 3.17 Colocación de elementos en el pedestal .............................................. 67 
Figura 3.18 Ajustes de la caja del prototipo ............................................................ 68 
Figura 3.19 Conectorización de sensores meteorológicos ...................................... 68 
Figura 3.20 Ajustes con amarras de los cables del prototipo .................................. 69 
Figura 3.21 Peinado del cableado ........................................................................... 69 
Figura 3.22 Prototipo IoT ensamblado .................................................................... 70 
Figura 3.23 Vista frontal del prototipo IoT ............................................................... 71 
Figura 3.24 Conexiones de panel solar ................................................................... 72 
Figura 3.25 Cableado del sistema solar .................................................................. 72 
Figura 3.26 Conectorización de batería solar .......................................................... 73 
Figura 3.27 Sensor cantidad de lluvia ..................................................................... 73 
XIII 
 
 
Figura 3.28 Sensor velocidad del viento ................................................................. 74 
Figura 3.29 Sensor dirección del viento .................................................................. 74 
Figura 3.30 Sensor humedad de suelo ................................................................... 75 
Figura 3.31 Sensor temperatura y humedad relativa ............................................... 75 
Figura 3.32 Sensor UV ........................................................................................... 76 
Figura 3.33 Sensor humedad de suelo ................................................................... 76 
Figura 3.34 Monitorización de las plantas ............................................................... 77 
Figura 3.35 Colocación del sensor de humedad de suelo ....................................... 77 
Figura 3.36 Conexión del sensor temperatura del suelo ......................................... 78 
Figura 3.37 Acceso remoto al prototipo mediante servidor Raspberry .................... 79 
Figura 4.1 Monitorización local de parámetros del prototipo IoT ........................... 111 
Figura 4.2 Cuenta de ThinkSpeak......................................................................... 112 
Figura 4.3 Estadísticas de la cuenta de ThinkSpeak ............................................. 113 
Figura 4.4 Disponibilidad de emails de alerta ........................................................ 113 
Figura 4.5 Canal del prototipo ............................................................................... 113 
Figura 4.6 ID de Canal .......................................................................................... 114 
Figura 4.7 Configuraciones principales del canal .................................................. 115 
Figura 4.8 Configuraciones de latitud y longitud .................................................... 116 
Figura 4.9 Canal compartido ................................................................................. 116 
Figura 4.10 API Key .............................................................................................. 117 
Figura 4.11 Almacenamiento de datos .................................................................. 117 
Figura 4.12 Visualización de sensores Temperatura ambiente, temperatura del suelo 
y humedad ............................................................................................................ 118 
Figura 4.13 Visualización de sensores UV, Dirección del viento, velocidad del viento 
cantidad de lluvia .................................................................................................. 118 
Figura 4.14 Ubicación del prototipo ....................................................................... 119 
Figura 4.16 Estadísticas de temperatura ............................................................... 119 
Figura 4.17 Pantalla principal de APP Thingshow ................................................. 120 
Figura 4.19 Datos promedios en APP ................................................................... 121 
Figura 4.20 Datos de sensores ............................................................................. 122 
Figura 4.22 Visualización vía web desde el celular ............................................... 123 
Figura 4.23 SMS de monitorización ...................................................................... 124 
Figura 5.1 Monitorización por ThinkSpeak ............................................................ 125 
Figura 5.2 Cantidad de datos de temperatura ambiente ........................................ 128 
XIV 
 
 
Figura 5.3 Gráfica de humedad relativa ................................................................ 129 
XV 
 
 
Figura 5.4 Datos del sensor de temperatura del suelo .......................................... 130 
Figura 5.5 Datos de humedad de suelo ................................................................ 131 
Figura 5.6 Datos del Sensor UV ........................................................................... 132 
Figura 5.7 Datos de dirección del viento ............................................................... 133 
Figura 5.8 Datos de velocidad del viento .............................................................. 134 
Figura 5.9 Datos de cantidad de lluvia .................................................................. 135 
 
 
Índice de tablas 
 
 
Tabla 2.1 Exportaciones del cacaodesde el año 2008 ........................................... 10 
Tabla 2.2 Principales exportaciones ecuatorianas, sin petróleo .............................. 11 
Tabla 2.3 Datos de comercio exterior referentes al cacao fino de aroma ecuatoriano 
...............................................................................................................................16 
Tabla 2.4 Superficie, producción y rendimientos provinciales ................................. 19 
Tabla 2.5 Costos porcentuales de cacao fino de aroma .......................................... 20 
Tabla 2.6 Requerimientos agroecológicos para el cultivo de Cacao (Theobroma 
cacao L.), en el Ecuador continental ....................................................................... 22 
Tabla 2.7 Zonificación agroecológica económica del cultivo de Cacao (Theobroma 
cacao L.), en el Ecuador continental ....................................................................... 23 
Tabla 5.1 Muestra de datos obtenidos por los sensores ....................................... 126 
XVI 
 
 
Introducción 
 
 
Ecuador es un país agrícola lleno de diversidades de terrenos donde se cultiva gran 
parte de productos para el consumo local o internacional. Uno de sus productos 
estrella es el cacao, que ha sido catalogado como un producto de alta calidad para el 
mercado internacional. El cacao fino de aroma y el cacao nacional se cultiva 
específicamente en zonas templadas de la costa ecuatoriana, para que crezca sin 
problemas el ambiente debe estar entre 22 a 30 grados centígrados, este rango de 
temperatura permite que el cacao tenga un buen desarrollo y se pueda dar buena 
cosecha. (Cacaomovil.com, 2020) 
 
El cacao es sensible a la escasez de agua y al encharcamiento por lo cual se debe 
precisar suelos con buenos drenajes. Las zonas donde caen lluvias entre 1,500 a 
2,500 milímetros por año, son las mejores para el cultivo de cacao. Es necesario que 
la lluvia tenga una buena distribución durante todos los meses, porque períodos 
secos prolongados, de más de dos meses, afecta la producción y marchita los 
árboles. (Cacaomovil.com, 2020) 
 
En lugares donde las lluvias son menores de 1,500 mm y hay meses prologados de 
sequía, es necesario establecer sistemas de riego para evitar el riesgo de perder las 
plantaciones. Por ser originario de bosques tropicales, el cacao requiere un alto grado 
de humedad en el aire para su desarrollo y producción. El viento continuo en el caco 
puede provocar un desecamiento, muerte y caída de hojas, por tal motivo se usa 
cortavientos para protección del cacao. 
 
El cacao requiere de suelos muy ricos en materia orgánica, con buen drenaje y 
topografía regular. Las plantaciones de cacao deben estar localizadas en suelos que 
varían desde arcillas pesadas muy erosionadas hasta arenas volcánicas recién 
formadas y limos, con pH entre 4 y 7. Conocer estos parámetros y monitorearlos 
durante el crecimiento de la planta de cacao ayuda a que la producción sea 
tecnificada y de alta calidad para cosechar un producto con los cuidados necesarios 
listos para la exportación o venta local. 
XVII
 
 
En este contexto se realiza un diseño e implementación de un prototipo de estación 
meteorológica agrícola que monitorizará parámetros como velocidad de viento, 
dirección del viento, cantidad de lluvia, temperatura ambiente, humedad ambiente, 
humedad de suelo y rayos UV. Este prototipo también ayudará a los estudiantes de 
la carrera de Ingeniería de Telecomunicaciones de la Universidad Politécnica 
Salesiana sede Guayaquil a conocer diferentes tecnologías del internet de las cosas 
aplicadas a la agricultura. 
 
Esta tesis se clasifica de la siguiente manera, en el primer capítulo se explica el 
problema, antecedentes, importancia y alcance, delimitación, beneficiarios de la 
propuesta, propuesta de solución y objetivos. En el segundo capítulo se refiere a los 
fundamentos teóricos del cultivo del cacao, los sistemas meteorológicos agrícolas, 
los diferentes sensores, Raspberry PI y ESP32, el capítulo tres se refiere al marco 
metodológico, tipo de investigación. El capítulo 4 trata sobre los resultados de la 
investigación. El capítulo 5 trata sobre los análisis de resultados, conclusiones y 
recomendaciones. 
1 
 
 
1. El problema 
 
 
1.1. Descripción del problema 
 
 
La producción del cacao en la costa ecuatoriana en su gran mayoría no es tecnificada, 
esto significa que muchos de los agricultores que siembran cacao lo hacen 
artesanalmente y de la manera tradicional con los respectivos cuidados 
personalizados de la plantación de cacao logran cosechar en su gran mayoría la 
producción, sin embargo hay épocas o temporadas donde el clima no ayuda a un 
correcto desarrollo de las plantas de cacao, así mismo las plagas afectan en un gran 
porcentaje los cultivos, lo que produce pérdidas en la inversión y esto requiere de 
personal para la supervisión constante durante el crecimiento del cacao. 
 
La monitorización del clima es un factor importante para el cultivo del cacao por tal 
motivo es importante que el agricultor esté bien informado de las condiciones 
climatológicas para poder hacer frente a cualquier eventualidad ambienta que pueda 
afectar a sus plantaciones de cacao. 
 
Del análisis previo realizando visitas en fincas de la zona del cantón Pangua, 
provincia del Cotopaxi, se pudo validar que esta zona es de clima tropical lluvioso y 
montañoso donde se puede dar el cultivo de cacao sin embargo con una correcta 
monitorización del ambiente donde se crían las plantas de cacao se podrá llevar un 
mejor control para el aumento de la cosecha. 
 
Se valida también que en estas fincas no hay tecnificación para el cultivo y cosecha 
del cacao, es por esto que el proyecto plateado en este trabajo de titulación dará 
apertura a comparativos y constantes desarrollos de prototipos que permitirán contar 
con información meteorológica automatizada en tiempo real, que ayudaría al 
productor a tomar decisiones oportunas en el manejo de cultivos para librar de mejor 
manera los riesgos climáticos que representan las olas de calor, vientos fuertes, 
sequías e inundaciones; y también para obtener los máximos beneficios de 
condiciones climáticas favorables para la obtención de altas cosechas. 
 
La importancia de este trabajo de investigación es muy alta para el sector agrícola de 
2 
 
 
la costa ecuatoriana debido a que plantea e implementa la tecnificación del cultivo 
del cacao nacional mediante dispositivos IoT y hardware de bajo costo, que puede 
implementarse en las fincas y haciendas de los pequeños productores. 
 
Así mismo es de alta importancia para el estudiante de la carrera de ingeniería de 
telecomunicaciones de la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil ya que 
tendrá una investigación y prototipo IoT a su disposición en el laboratorio de 
telecomunicaciones para prácticas de redes de sensores y monitoreo a través del 
internet de las cosas. 
 
1.2. Antecedentes 
 
 
Uno de los desafíos en el área de la investigación de telecomunicaciones es el 
desarrollo de prototipo basados en el internet de las cosas, utilizando elementos de 
hardware de bajo costo como Raspberry Pi, ESP32 y sensores, que conectados de 
la mejor manera y configurados correctamente, realizan una comunicación de datos 
que podrán ser monitorizados de una manera flexible y económica. 
 
Este tipo de prototipos para la monitorización de climas aplicados a la agricultura 
beneficiará de mejor manera al pequeño agricultor de cacao, el cual ayudará a una 
mejor selección de terrenos para la siembra, un mejor cuidado durante su etapa de 
crecimiento con la finalidad de obtener una cosecha considerable, gracias a la 
tecnificación utilizando dispositivos IoT. 
 
Varios trabajosde investigación se han desarrollado para la creación e 
implementación de este tipo de prototipos aplicados a la agricultura uno de ellos es 
el estudio realizado por Muhammad Faiz Mohamad Jaafar donde se utilizan 
dispositivos IoT como Raspberry pi y sensores para el riego por goteo de un vivero 
de cacao en Malasia. El sistema inteligente de monitoreo de cacao que usa IRT para 
riego automático por goteo está diseñado creando condiciones óptimas de humedad 
del suelo para facilitar el crecimiento saludable de las plantas a través de frecuencias 
de riego adecuadas. Con un Raspberry Pi 3 Modelo B, el usuario puede monitorear 
la humedad del suelo en el vivero de cacao y la máquina de riego a través de la red. 
(Mohamad Jaafar, Hussin, Rosman, Kheng, & Ja’Afar Hussin, 2019) 
3 
 
 
Aplicaciones IoT para la agricultura es un tema innovador y nuevo en el Ecuador es 
por este motivo que se propone en este trabajo de titulación el diseño e 
implementación de un sistema de monitorización meteorológico agrícola mediante 
Raspberry Pi, ESP32 y sensores que ayudarán a la tecnificación del cultivo de cacao 
en la costa ecuatoriana. 
 
1.3. Importancia y alcance 
 
 
Con el aporte de esta propuesta, los agricultores de varios sectores de la costa 
ecuatoriana se verán beneficiados ya que se contará con elementos de bajo costo 
para la monitorización de clima que ayude a la siembre y cultivo del cacao, de igual 
manera se verá beneficiados los estudiantes de la carrera de ingeniería en 
telecomunicaciones los cuales podrán practicar los conocimientos adquiridos en las 
diferentes materias aplicando el internet de las cosas y las telecomunicaciones en 
general. 
 
Con este aporte se fomentará la investigación en el campo de la tecnificación agrícola 
utilizando dispositivos IoT para la monitorización del cultivo del cacao en la costa 
ecuatoriana. 
 
1.4. Delimitación 
 
 
El trabajo de investigación “Diseño e implementación de un prototipo de estación 
meteorológica agrícola autosustentable para el monitoreo de parámetros ambientales 
en cultivos de cacao mediante Rasbperry PI” se realizará e implementará en el 
domicilio del autor de este trabajo de investigación Danny López ubicado en el sector 
de la ciudadela Sopeña en el sur de Guayaquil. 
 
Posterior a las pruebas y estudio se prevé realizar entrega del prototipo al laboratorio 
de telecomunicaciones del edificio F de la Universidad Politécnica Salesiana ubicada 
en la ciudad de Guayaquil, barrio Cuba dirección Chambers 227 y 5 de julio y su 
desarrollo investigativo será por un año, se pretende finalizar el trabajo de 
investigación en el mes de marzo del 2021. 
4 
 
 
1.5. Beneficiarios de la propuesta 
 
 
El primer beneficiario es el pequeño agricultor que siembra y cosecha cacao de 
manera rudimentaria, ya que ayudará a obtener una mejor producción del cacao al 
tener una herramienta que le permita monitorizar constantemente su producto con el 
fin de evitar pérdidas ya sea por el clima o por alguna plaga que se desarrolle por 
exceso de humedad o calor. 
 
En el ámbito educativo aporta significativamente en la preparación del futuro 
ingeniero en telecomunicaciones de la Universidad Politécnica Salesiana sede 
Guayaquil ya que el alumno se preparará en las nuevas tecnologías del internet de 
las cosas, y pondrá en práctica mediante un manual de uso del prototipo de cómo se 
obtiene los datos y se envían a la placa PCB que contiene el ESP32 y el GSM y 
Raspberry Pi para su posterior monitorización. 
 
1.6. Propuesta de solución 
 
 
La propuesta de este proyecto de investigación consiste en el diseño e 
implementación de un prototipo de estación meteorológica agrícola autosustentable 
para el monitoreo de parámetros ambientales en cultivos de cacao mediante 
Rasbperry pi, ESP32, módulo GSM y el internet para el envío de la data que obtienen 
los sensores para su posterior análisis en la nube, utilizando herramientas web de 
monitorización como ThinkSpeak. 
 
Este prototipo meteorológico será implementado en primera instancia para pruebas 
e investigación en el domicilio del autor de la tesis, posterior a los ensayos y pruebas 
y una vez concluida la investigación será trasladada al laboratorio de 
telecomunicaciones de la Universidad Politécnica Salesiana sede Guayaquil para 
prácticas de los estudiantes de la carrera de telecomunicaciones. 
 
1.7. Innovación e impacto del proyecto 
 
 
En este proyecto de titulación se propone realizar el diseño e implementación de un 
prototipo de estación meteorológica agrícola autosustentable para el monitoreo de 
5 
 
 
parámetros ambientales en cultivos de cacao mediante Rasbperry pi. Su desarrollo 
tiene un nivel de innovación alto debido a que se realizará el prototipo utilizando 
hardware de bajo costo como Raspberry PI, ESP32, Shield GSM y sensores para la 
captura de señales de importancia para la monitorización de ambiente, suelo, viento, 
etc. El impacto del proyecto es alto y permite cimentar las bases mediante un 
prototipado para la fabricación de estaciones meteorológicas móviles que pueden ser 
a futuro la base para el desarrollo de equipos comerciales que se utilice para la 
instalación en fincas y haciendas para el correcto monitoreo del crecimiento de los 
cultivos del agricultor. 
 
1.8. Objetivo general 
 
 
Diseñar e implementar un prototipo de estación meteorológica agrícola 
autosustentable para el monitoreo de parámetros ambientales en cultivos de cacao 
utilizando hardware de bajo costo como Raspberry PI y Arduino. 
 
1.9. Objetivo específico 
 
 
 Diseñar un prototipo de estación meteorológica agrícola mediante hardware 
libre como Arduino y Raspberry PI. 
 Implementar un sistema autosostenible en el prototipo mediante paneles 
solares. 
 Estructurar el hardware utilizando tarjetas Arduino y Raspberry PI para la 
obtención de los parámetros meteorológicos como temperatura ambiente, 
humedad ambiente, temperatura de suelo, velocidad del viento, dirección del 
viento, cantidad de lluvia, cantidad de rayos UV y humedad del suelo. 
 Configurar una APP para la visualización en un móvil de los parámetros 
obtenidos por la estación meteorológica agrícola. 
 Configurar un enlace inalámbrico GSM para el envío de datos de los 
sensores mediante mensajes de alerta SMS y configurar un sistema de 
monitorización en la nube para la visualización vía web. 
6 
 
 
2. Fundamentos teóricos 
 
 
2.1. Historia del cacao en el Ecuador 
 
 
El nombre científico del cultivo es Teobroma cacao, (del núcleo familiar de las 
Esterculiáceas), cuyo nombre nace de la expresión “xocolatl” de los Mayas, o de la 
lengua nahua (un conjunto descendiente de los mayas), con la expresión cacáhua, y 
cuyo sentido es “alimento de los Dioses”. Es oriundo de la selva amazónica de los 
andes septentrionales. Dichos conceptos denotan los principios geográficos de la 
especie y la utilización alimenticio ancestral de su fruto. 
 
“Hacia 1600 la recolección y explotación del cacao constituía uno de los rubros 
relevantes de actividad de la vieja provincia de Guayaquil. Alrededor de 9 barcos 
salían anualmente del puerto transportando cacao, en especial a México, después de 
la quiebra de la producción guatemalteca hacia 1580. 
 
Desde 1779 se asiste al primer enorme auge cacaotero y que duraría hasta alrededor 
de 1842. En 1789 el monarca Carlos IV da el permiso para cultivar y exportar el cacao 
en la zona que más adelante se constituiría en Ecuador. Ello proveería un fomento al 
cultivo, que se difundió exitosamente en el territorio. Resultado de las reformas 
borbónicas, las exportaciones del grano pasaron de 56 mil a 157 mil en 1843. 
 
España se constituyó entonces en el primer mercado de estas exportaciones, 
inclusive luego de la libertad, hastaque el desarrollo del segundo periodo de la 
revolución industrial marcó el reemplazo de la Matriz colonial por Inglaterra y 
Alemania. En dichos territorios la demanda crece sustantivamente en el lapso del 
desarrollo industrial. 
 
El primer auge cacaotero en el Ecuador se basa en las posibilidades del mercado 
externo, y en la movilización de la fuerza de trabajo serrana, producto de las reformas 
comerciales que afectaron la economía “obrajera”. (Miguel Vassallo, 2015) 
7 
 
 
 
Figura 2.1 Cacao fino de aroma ecuatoriano 
Fuente: (Anecacao, 2020) 
 
Dichos cambios provocaron una fundamental migración hacia la costa, que ha sido 
sometida a la producción cacaotera. En la tercera década del siglo XIX había un 
número más grande de jornaleros que de pequeños propietarios en las regiones 
cacaoteras. 
 
En este primer auge cacaotero en Ecuador se empezó a forjar la composición y 
dinámica económica y social del complejo del cacao que, en cierta forma, lo 
caracterizará a extenso plazo. El segundo periodo de la revolución industrial, en la 
primera mitad del siglo XIX, causó un efecto en la producción de cacao ecuatoriana, 
debido a que se aumentó la demanda de EE. UU. y Europa, a la vez que se 
desarrollaban los medios de transporte y, con ello, el negocio universal. (Miguel 
Vassallo, 2015) 
 
Las exportaciones de cacao que iniciaron a triunfar colaboración en el mercado 
mundial desde 1860, incrementaron gracias a 3 componentes primordiales: 
 
 La expansión de la demanda mundial de cacao
 La mano de obra barata con la que se contaba al interior del país
 Y porque se trataba de una actividad que no requería altos niveles de capital.
8 
 
 
El cacao constituyó el primordial rubro de exportaciones a lo largo de todo el siglo 
XIX, empero solo a partir de objetivos de la década de 1870 empieza a dominar las 
exportaciones, representando, a partir de entonces, bastante más de ambas terceras 
piezas del costo de estas 
 
En consecuencia, el gran auge cacaotero abarca el período 1890 - 1910. Ecuador fue 
el mayor exportador mundial de cacao desde 1880 hasta 1890, constituyéndose en 
“la verdadera época del gran auge de la pepa de oro”. (Miguel Vassallo, 2015) 
 
 
Figura 2.2 Hacienda de cacao Esperanza – Los Ríos 
Fuente: (Anecacao, 2020) 
 
Al inicio del lapso del auge cacaotero son las naciones latinoamericanas los 
productores del cultivo. Dominicana producían el 56% del cacao mundial. Y, como 
dice Chiriboga, “esta situación privilegiada de productores ‘independientes’, no 
sujetos a dominación colonial directa, permitió justamente el crecimiento creciente del 
costo de cacao en el mercado mundial y la absorción de una secuencia de alquilas 
monopólicas a causa de los plantadores y hacendados latinoamericanos. 
 
Los costos del cacao en el mercado mundial subieron hasta principios del siglo XX, 
lo que iba en oposición con la evolución del costo de otras materias primas 
9 
 
 
importadas por las naciones centrales, lo que causó un plan de las potencias 
coloniales para descargar el costo. Las organizaciones industriales y comerciales se 
interesaron en el desarrollo de la producción en las colonias, como mecanismo de 
abaratamiento de los costos y la separación de las alquilas monopólicas del suelo. 
 
La producción mundial de cacao se aumentó en 372% entre 1903 y 1924, producto 
del incremento del cultivo en las colonias 20, los cuales en 1903 aportaban el 20% 
de la producción y en 1924 contribuían con el 56% de la producción universal. 
 
El acceso al mercado mundial del cacao de Malasia, más que nada Costa de Marfil 
e Indonesia,4 además del notorio aumento de este producto en Brasil, produjo una 
saturación del mercado y el bajón de los costos. 
 
Asimismo, en 1897 se detectó la patología de La Mancha en los cacaos ecuatorianos, 
la que quizás fuese la patología fungósica exitosa luego como monilia. En 1914 la 
monilia se extendió al grupo de la Costa cacaotera y siguió su extensión apresurada 
en los años siguientes. Entre 1915 y 1920 la escoba de bruja y la monilia, así como 
el fin de la renta forestal, perjudicaron las plantaciones y su producción. 
 
Los rendimientos y los costos reducían, un tipo de gastos médicos proporcionados 
por el personal médico. "Crisis económica", 1929, "Crisis económica", "Pérdida 
patrimonial" (Pigache y Bainville, 2007: 187). 40.000 entente 1915 y Productos de 
cacao producidos en 1919 Universidad Estatal La pistas de Sigas de Pasado, liderado 
por el núcleo de transformación comercial, como explicaremos más adelante de la 
Corporación Ecuatoriana de Exportación Agrícola del Cacao. 
 
El origen de la crisis agrícola en Nuevo México y las ciudades centrales de Ecuador 
fue en las décadas de 1950 y 1960: cultivo y exportación de banano. El tranvía de 
1948 y el tranvía importado de 1965. Los orígenes de Efectivamente, Bananera es la 
que y Las Laque introdujeron el capitalismo moderno, como también el pago 
asalariado a trabajadores campesinos, modal ida hasta ese hacen es entonces en el 
casi nula.(Miguel Vassallo, 2015) 
10 
 
 
 
 
Figura 2.3 Precio internacional del cacao 1960 – 2005 
Fuente: (Miguel Vassallo, 2015) 
 
En la década de los ochenta la producción de cacao se estabilizó en alrededor de 
80.000 t/año, en una superficie cultivada de aproximadamente 360.000 ha. A mitad 
de la década de los años 2000 se ubica en las 100 mil t/año. (Miguel Vassallo, 2015) 
 
En Elaño2011 la superficie sembrada fue de 521 mil ha con una cosecha de 224 
millones de toneladas; un Cacao Arriba (un Cacao Arriba) con una población del 80%, 
Ministro de Agricultura. 
Tabla 2.1 Exportaciones del cacao desde el año 2008 
 
 
Fuente: (Miguel Vassallo, 2015) 
11 
 
 
Actividades importantes que se pueden continuar, actividades que no tienen historia 
que cambiar, se pueden realizar en bananos y plátano, camarones y otros productos 
de la pesca, flores e, indudablemente, el petróleo. 
 
Tabla 2.2 Principales exportaciones ecuatorianas, sin petróleo 
 
 
Fuente: (Miguel Vassallo, 2015) 
 
 
2.2. Producción del cacao en el Ecuador 
 
 
Ecuador produce el sabor ecuatoriano del cacao en polvo y se sustenta en el 62% 
del mercado mundial, la empresa que produce y opera debe distinguirse de los 
prolíficos productores de República Dominicana. Estos factores, sumados al 
alejamiento de las políticas que promueven y apoyan la producción, han generado 
una situación de riesgo que llevó al MAGAP a adoptar una política pública para 
reactivar la industria, que se viene implementando desde 2011. El sabroso cacao o 
sabor ecuatoriano tiene excelentes características de aroma en el mundo, por lo que 
es uno de los favoritos de chefs y chocolateros. 
 
Los datos anunciados por la GIZ a 2010 muestran que la tasa de crecimiento anual 
del negocio de chocolate de especialidad (básicamente chocolate negro con alto 
contenido e ingredientes de cacao) es del 35%, lo que coincide con el relanzamiento 
del nicho de mercado de cacao de especialidad. Como orgánicos, comercio justo, 
12 
 
 
Rainforest Alliance yy cacaos de origen-calidad. 
13 
 
 
La producción de cacao de Ecuador se ubica en 23 de sus 24 provincias y se produce 
como un "monocultivo" o como mano de obra relacionada con otras especies. En las 
provincias costeras (Los Ríos, Guayas, Manabí, Esmeraldas y El Oro), las 
estribaciones de la cordillera occidental de los Andes y las provincias nororientales 
del Ecuador (Sucumbíos, Orellana y Napo) se ha encontrado una excelente fusión 
del cultivo del cacao. . Se estima que, en las provincias de Orellana y Sucumbíos, en 
los últimos años, como uno de los principales proveedores de cacao en dos atres 
años, el área de cultivo de cacao del país ha alcanzado cerca de 20.000 hectáreas, 
constituyendo el Cacao de la región. Se utiliza para el transporte, por otro lado, la 
región sureste, especialmente la provincia de Zamora Chinchipe, ha ido ingresando 
paulatinamente en el mapa de los países productores de cacao Nacional Fino o 
Aroma. 
 
Una pieza destacable es que la elaboración de cacao en el Ecuador está dominada 
por unidades productivas entre pequeñas (20 has o menos) y medianas (de 
crecidamente de 20 a 50 has). El 88% del total unidades productivas (UPAs) y el 
73,4% de la plaza cultivada (según datos del Censo Nacional de Producción 2000) 
pertenecen se ubican en esas categorías. Además, la distribución relativa de la 
productividad de cacao según tamaños de las UPAs indica que el porcentaje de 
elaboración como “cultivo solo” tiende a ser superior entre las fincas medianas y de 
superior tamaño (más de 50 has). Por otra parte, el porcentaje de cacao como “cultivo 
asociado” tiende a ser menor en las fincas de mínimo tamaño (de 20 has o menos). 
(CEPAL, 2015) 
 
A continuación, se detallan datos importantes actualizados con respecto a la 
elaboración del cacao al año 2018, información encontrada en el MAGAP (Ministerio 
de agricultura y ganadería del Ecuador) 
14 
 
 
 
 
Figura 2.4 Mapa de la producción Nacional de cacao al 2018 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
 
 
Figura 2.5 Superficie cosechada (hectáreas), producción y rendimiento 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
15 
 
 
 
Figura 2.6 Rendimiento a nivel nacional del cacao, participación en la producción nacional 
2018 cacao (almendra seca) 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
 
En el año 2018 las exportaciones mundiales tuvieron un desarrollo del 8.9 % en 
semejanza con el año 2017, de igual proceder las importaciones mundiales tuvieron 
un aumento del 6.5 %. El comportamiento de los precios internacionales fue efectivo 
incrementado 13 % en relación con el año 2017. 
 
La estacionalidad de la productividad de cacao para el año 2019 fue en superior 
proporción a partir del período de mayo. Es así como, los precios reaccionaron directo 
al proceder de la productividad observando en la figura 1 como el período de mayo 
fue el que presentó el superior precio tanto internacional como nacional. A nivel 
nacional la productividad incrementó 3 % relación al año 2017, fenómeno que incidió 
en un mayor porcentaje de exportaciones aportando a la ponderación comercial del 
país. 
16 
 
 
 
 
 
Figura 2.7 Precio productor de cacao en quintal 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
El precio internacional del cacao en grano en Londres para el año 2018 incrementó 
13 % en relación con el año 2017; esta rutina se debe principalmente a una 
desvalorización de la cosecha fundamentalmente de los países productores de África, 
Asia y Oceanía. 
 
Los precios mensuales del año 2018 tuvieron un desarrollo apresurado hasta mayo 
alcanzando su valor superior del año. A partir de junio, el precio disminuyó hasta 
agosto, y el resto del año se mantuvo con una diferenciación creciente mínima. En la 
figura 3 se observa la estacionalidad de los precios que van de la mano con la salida 
de la productividad. Es asimismo como en mayo se observó la tasa más alto del año 
(USD 2,660/t).(MAGAP, 2020a) 
17 
 
 
 
 
Figura 2.8 Precio internacional del cacao fino de aroma en tonelada 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
Tabla 2.3 Datos de comercio exterior referentes al cacao fino de aroma ecuatoriano 
 
 
 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
 
Los principales países importadores de cacao en grano fueron: Países Bajos con el 
28 % del comercio mundial, seguido por Alemania 11 %, Estados Unidos 10 %, 
Malasia 8%, Indonesia 6%, Bélgica 6 %, Francia con el 4 % y el resto con el 27 %. 
18 
 
 
 
 
Figura 2.9 Participación de importaciones mundiales de cacao en grano por países, año 
2018. 
Fuente: TRADEMAP, partida arancelaria 1801 
 
 
A nivel mundial el Ecuador no representó una cantidad considerable de exportaciones 
con respecto a países africano. Se presenta a continuación la participación de los 
países en la producción a nivel mundial en el año 2018. Los principales productores 
de cacao fueron: Costa de Marfil con el 39 % de la producción mundial, seguido por 
Ghana con 17 %, Indonesia 13 %, Nigeria con 6.3 %, Camerún 6 %, y Brasil con 4 
%. 
 
Figura 2.10 Participación de producción mundial de cacao para el año 2018. 
Fuente: FAOSTAT 
 
 
El tiempo promedio del fabricante de cacao es de 57 años. En cuanto al género, el 
79 % corresponde a hombres y el 21 % a mujeres. Asimismo, el 62 % de productores 
19 
 
 
han cursado tan solo la instrucción primaria. 
 
 
Respecto a la tenencia de la tierra, en el año 2018, el 87 % de los productores son 
dueños de las plantaciones de cacao; mientras que, el 2.6 % es arrendatario. 
 
 
Figura 2.11 Tenencia de la tierra de productores de cacao 2018. 
Fuente: INEC - ESPAC 
 
 
Para el año 2018, la productividad del cultivo a nivel nacional tuvo un aumento del 3 
% en relación con el año anterior. De similar proceder, la superficie cosechada y la 
utilidad presentaron crecimientos del 2 % y 3 %, respectivamente. Como se observa 
en la Figura 18, la superficie modelo un estilo cambiante mientras el periodo 
analizado y registrando la superior superficie plantada en el año 2018. El crecimiento 
registrado en los últimos años se debe al desarrollo de plantaciones de cacao, 
especialmente de la diversidad CCN51 y a la variación de cultivos de cacao fino de 
aroma que promueve el gobierno. 
20 
 
 
 
 
 
Figura 2.12 Superficie y rendimiento nacional de cacao seco durante los años 2008 a 2018. 
Fuente: Superficie plantada INEC - ESPAC 2017. Producción MAG - HDBA 2017. 
 
 
En cuanto al utilidad, se observa una conducta aumentada a partir el año 2007 hasta 
el año 2014, seguidamente una ligera desplome en el año 2016 y un renacimiento en 
el 2017 y 2018, que se registró un rendimiento nacional de 0.67 t/ha. Las provincias 
productoras que presentan una mayor superficie son: Los Ríos (133,219 ha) y Manabí 
(126,972 ha). La provincia crecidamente productora fue Los Ríos con el 26 
% del total de productividad nacional y con una utilidad de 0.67 t/ha. 
 
 
Tabla 2.4 Superficie, producción y rendimientos provinciales 
 
 
Fuente: Superficie plantada INEC - ESPAC 2018. Producción MAG - HDBA 2018 
 
 
El establecimiento de una hectárea de cacao tiene un rango de precios entre USD 
1,972 y 3,132 dependiendo de la zona del cultivo; de los cuales, el 55 % se destina a 
la siembra (incluye la adquisición de plantas de cacao y mano de labor), el 15 % a 
21 
 
 
la preparación de terreno y el 12 % a las labores culturales, en donde se incluye 
actividades como el control de maleza. El 17 % restante es destinado a la fertilización 
y control fitosanitario. El costo de mantenimiento se sitúa entre USD 886 y 1,508/ha. 
La cosecha se da a partir del tercer año y esta actividad representa el 22 % del precio 
total de mantenimiento. 
 
Tabla 2.5 Costos porcentuales de cacao fino de aroma 
 
 
Fuente: MAG-SIPA, BanEcuador. 
 
 
Las principales razones por las que se perdió la elaboración de cacao en la provincia 
de Los Ríos son por plagas / enfermedades con el 25 %, seguido de sequías o 
heladas con el 18 %, época de la plantación 10 % y por prácticas inadecuadas o 
imperfección de prácticas con el 8 %. 
Figura 2.13 Pérdidas de la producción en las plantaciones de cacao de la provincia de Los 
Ríos 2018. 
Fuente: INEC - ESPAC. 
22 
 
 
2.3. Zonificación agroecológica del cultivo de cacao en el Ecuador 
 
 
La intervención del cacaoha sido significativa en la economía ecuatoriana a partir la 
fase de la colonia y fue factor fijo en el progreso social, económico y político del 
Ecuador, a partir de la independencia. 
 
En el Ecuador al año 2012 la superficie cultivada de cacao fue de cerca de 507,722 
hectáreas, de las cuales el 84% es cultivado como monocultivo y el sobrante se 
encuentra asociado con otras especies como frutales principalmente. La 
productividad anual es de 133,323 Tm (toneladas métricas) (INEC-ESPAC, 2012). 
 
De la amplitud de productividad nacional, cerca del 70% se exporta en grano, el 25% 
es absorbido por la industria de semielaborados y el 5% por la industria artesanal 
chocolatera del país. 
 
La superior elaboración cacaotera de nuestro país se concentran en las provincias 
de: Guayas, Los Ríos, Manabí y Esmeraldas, en donde se produce cacao “nacional 
o fino de aroma” y en el último período ha tomado gran fuerza el cultivo de la 
diversidad “complejo cacao nacional 51 (CCN51)” por presentar cierta resistencia al 
ataque de plagas y enfermedades. 
 
Según datos del Banco Central del Ecuador, en 2013 (enero a septiembre) se vendió 
principalmente a Estados Unidos y México cerca de 25,751 Tm y a Alemania 1,305 
Tm, lo que representó un ingreso de 261,497 miles de dólares. 
 
La zonificación de cultivos consiste en la delimitación de áreas biofísicas y 
económicamente homogéneas que puedan reconocer a un uso determinado del 
suelo, con prácticas de administración similares, bajo contexto naturales y la 
influencia de polos de progreso en apoyo a la producción. 
 
La zonificación agroecológica económica es una herramienta de análisis que permite 
o se utiliza en la toma de decisiones para una adecuada planificación de la producción 
agrícola, mediante el fomento y extensión de un cultivo determinado. 
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En relación con el estudio del MAGAP se realizó la zonificación agroecológica 
económica del cultivo de Cacao (Theobroma cacao L.), en el Ecuador continental a 
escala 1:250 000, que contribuya como instrumento de estudio para una adecuada 
planificación agrícola, el clasificación territorial y mejoramiento de la productividad del 
cultivo. (MAGAP, 2014) 
 
Para el análisis de zonificación se tomaron en cuenta las siguientes variables que 
determinan un correcto cultivo del cacao fino de aroma en el Ecuador 
 
Tabla 2.6 Requerimientos agroecológicos para el cultivo de Cacao (Theobroma cacao L.), 
en el Ecuador continental 
 
 
Fuente: (MAGAP, 2014) 
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Tabla 2.7 Zonificación agroecológica económica del cultivo de Cacao (Theobroma cacao L.), 
en el Ecuador continental 
 
 
Fuente: (MAGAP, 2014) 
 
 
2.4. Tipos de cacao en el Ecuador 
 
 
El cacao se clasifica principalmente en tres variedades: 
 
 
2.4.1. Cacao forastero 
 
 
Es procedente de África y por esto se le dio su nombre, porque “venía de afuera”. El 
cacao forastero es el crecidamente cultivado en el mundo, abarcando un total de 80% 
concerniente la fecundación mundial de cacao. Se caracteriza por su aroma ácido y 
sabor astringente. 
 
Su planta produce en superior abundancia que el criollo y es más invulnerable a las 
enfermedades. Los frutos del forastero se caracterizan por ser redondeados y casi 
lisos. A este cacao no se lo considera como “cacao fino” y por esto se lo mezcla con 
cacaos superiores para optimizar su agrado. La única distinción de cacao fino 
forastero es el denominado Nacional o Arriba que se cultiva tan solo en el Ecuador y 
posee un extraordinario aroma y sabor. (Anecacao, 2020) 
25 
 
 
 
Figura 2.14 Cacao forastero 
Fuente: (Anecacao, 2020) 
 
2.4.2. Cacao criollo 
 
 
Los españoles lo bautizaron como “criollo” por surgir del nuevo mundo. Es el más 
delicioso ya que posee un aroma y sabor superior a las otras variedades. Sin 
embargo, es más agotador de cultivar que los otros cacaos y es más apto a las 
enfermedades y cambios de temperatura. Sus frutos se caracterizan por ser 
alargados y puntiagudos. El cacao criollo representa el tercer lugar de la cosecha 
mundial, es decir el 5% aproximadamente. 
 
 
 
Figura 2.15 Cacao criollo 
Fuente: (Anecacao, 2020) 
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2.4.3. Cacao trinitario 
 
 
Es una cepa híbrida que se originó al sembrar cacao forastero en suelos en el que 
habían marchitado árboles de cacao criollo, por esto tiene características de las dos 
variedades. Su nombre se debe a que se originó en la isla de Trinidad. A este cacao 
incluso se lo mezcla con otras variedades. Ocupa del 10% al 15% de la productividad 
mundial 
 
 
Figura 2.4.3 Cacao trinitario 
Fuente: (Anecacao, 2020) 
 
2.4.4. Cacao CCN-51 
 
 
Esta cepa es un clon que se consiguió en el Ecuador en 1965 al fusionar material 
genético de las variedades Trinitario y Forastero amazónico mediante doble mezcla. 
El efecto fue una diversidad de cacao de considerablemente alta calidad, buena 
fertilidad y sobre todo duro a enfermedades. Este cacao además tiene un alto 
contenido de grasa y por esto se lo utiliza industrialmente para eliminar su manteca. 
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Figura 2.16 Cacao trinitario 
Fuente: (Anecacao, 2020) 
 
2.5. Procedimientos para el cultivo del cacao 
 
En el año 2016, el Ecuador produce alrededor de 253 000 toneladas métricas de 
cacao (Theobroma cacao L.). El 70% de la productividad, es estimado como cacao 
fino y de fragancia, con denominación “sabor arriba”. El primordial conflicto de la 
cadena de cacao es el bajo calidad de fabricación de las plantaciones de cacao del 
genotipo “Nacional”. 
 
El Instituto Nacional de Investigaciones Agropecuarias (INIAP) a través del Programa 
Nacional de Cacao y Café posee uno de los Bancos de Germoplasma de cacao 
crecidamente importantes a nivel mundial con más de 2500 accesiones colectadas 
en diferentes zonas. Dichas accesiones han venido siendo evaluadas con el fin de 
coincidir genotipos que presenten características de alta productividad, firmeza a las 
principales enfermedades que afectan al cultivo, ajuste a diferentes zonas 
agroecológicas y con excelentes atributos de calidad que siempre ha caracterizado 
al cacao Nacional fino y de fragancia proveniente de Ecuador. 
Las evaluaciones de las colecciones de cacao han otorgado elegir genotipos como 
parentales en los programas de cruzamiento, dando como resultados híbridos con 
excelentes características y después fueron clonados para argumentar sus 
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particularidades. Como consecuencia final, ofrecerles a los agricultores del sector 
cacaotero nuevos clones de cacao con alta fertilidad, firmeza a las enfermedades y 
de alta calidad organoléptica. (INIAP, 2020) 
 
 
Figura 2.17 Proceso técnico del ciclo del cacao en la cadena 
Fuente: (Miguel Vassallo, 2015) 
 
 
 
Figura 2.18 Cadena del caco, procesos, actores y relaciones técnico – económica 
Fuente: (Miguel Vassallo, 2015) 
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2.5.1. Materiales para la siembra de cacao 
 
 
Tradicionalmente las huertas de Cacao en el Ecuador fueron sembradas con semillas 
de independiente polinización, muchas veces a excepción de elección previa, o 
seleccionadas empíricamente; dicha elección no tomaba en cuenta características 
deseables tales como alta fertilidad y aguante a enfermedades junto con la calidad 
ARRIBA. 
 
Este tipo de selección de semillas ha dado como resultado huertos heterogéneos 
altamente susceptibles a enfermedades, alta incompatibilidad y baja productividad, 
pero aún más o menos conserva la calidad Arriba característica del país. 
 
Actualmente, los híbridos recomendados provienen de al menos cinco materiales de 
cacao nacionales certificados, lo que puede aumentar el rendimiento de granos de 
cacao secos por hectárea en más de 20 qq. 
 
Para uniformarel material de siembra y asegurar el éxito de la nueva siembra, 
actualmente se recomienda plantar clones, ya sea una rama o un injerto, se deben 
mezclar al menos 3 clones del mismo tipo durante el proceso de siembra. Este es el 
material recomendado: 
 
EET- 95, EET- 96, EET- 103, EET – 544 y EET – 558. 
 
 
Al sembrar un solo clon, existe un alto riesgo de pérdida de todo el bosque debido a 
problemas de enfermedades, especialmente la enfermedad del machete. Cabe 
mencionar que antes de elegir cualquiera de los materiales anteriores, se debe 
considerar su adaptabilidad al medio. Debido a la experiencia de campo de 
Anecacao, los clones EET-95, EET-96 y EET-103 se recomiendan principalmente 
porque son altamente adaptables a la mayoría de las condiciones climáticas 
importantes en Ecuador. (Anecacao, 2020) 
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Figura 2.19 Materiales de siembra de cacao 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
2.5.2. Condiciones Agroecológicas para la siembra de cacao 
 
 
El desarrollo y desempeño de la planta de cacao está íntimamente relacionado con 
las condiciones ambientales del lugar a sembrar. Por tanto, los factores climáticos 
afectarán la producción de las plantaciones, por lo que para los cultivos las mejores 
condiciones de temperatura, humedad y luz deben ser las mejores. El tiempo de 
floración, brotación y cosecha se ve afectado por el clima. Por estos factores, es 
importante implementar un calendario agroclimático para lograr un crecimiento 
óptimo de los cultivos. 
 
El viento constante puede provocar sequedad, caída de hojas e incluso la muerte de 
las plantas, factor que también determina la tasa de evapotranspiración del agua en 
la superficie del suelo. En una plantación con una velocidad de viento de 4 m / seg y 
casi sin sombras, tiene una fuerte capacidad de defoliación. Es necesario utilizar 
cortavientos para evitar daños, esto se puede hacer con variedades de frutas o 
madera, que se disponen alrededor de los granos de cacao. Sin embargo, se debe 
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considerar que la brisa debe fluir entre las plantas de cacao para renovar la masa de 
aire para aprovechar mejor el CO2 y reducir la humedad excesiva, y en muchos 
casos, la humedad excesiva es la causa de la enfermedad fúngica. Fruta 
 
El cacao crece desde el nivel del mar hasta los 800 metros sobre el nivel del mar. Sin 
embargo, las plantaciones cercanas al ecuador suelen crecer a altitudes superiores 
a los 1.000 metros y los 1.400 metros sobre el nivel del mar, por lo que la altitud no 
es un factor determinante del crecimiento óptimo de los cultivos. 
 
La intensidad de la luz es otro factor decisivo en el cultivo del cacao, sobre todo 
porque afecta a la fotosíntesis. Durante las etapas de crecimiento de los cultivos, se 
recomienda sembrar otras plantas para dar sombra, porque las plantas de cacao en 
estas etapas son muy susceptibles a la luz solar directa. Se cree que una intensidad 
de luz inferior al 50% de la intensidad de luz total limitará el rendimiento, y cuando la 
intensidad de la luz es superior al 50%, aumentará el rendimiento. (Fedecacao, 2020) 
 
 
Figura 2.20 Condiciones agroecológicas del cacao 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
Las plantas de cacao son muy sensibles a la escasez de agua y al anegamiento, por 
lo que un adecuado suministro y manejo de agua es fundamental para que las plantas 
lleven a cabo sus procesos metabólicos. En general, las precipitaciones son el factor 
climático más variable durante el año, una zona es diferente a otra, lo que determina 
la diferencia en el manejo de los cultivos. 
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La precipitación óptima para el cultivo del cacao es de 1600 a 2500 mm en áreas más 
cálidas y de 1200 a 1500 mm en áreas más frías y valles altos. En áreas con sequía 
severa, se recomienda regar para mantener el rendimiento. 
El cacao se originó en las regiones tropicales, por lo que la temperatura es un factor 
muy importante porque está relacionado con el desarrollo, la floración y la 
fructificación. La mejor temperatura promedio para un buen crecimiento de los 
cultivos fluctúa entre 23 grados Celsius y 25 grados Celsius. Aunque puedes cultivar 
cultivos entre 15 y 26 grados centígrados. 
La baja temperatura en la siembra del cacao afectará la velocidad de crecimiento 
vegetativo, el desarrollo del fruto y la intensidad de la floración. Cuando la 
temperatura es inferior a 21 grados centígrados, la floración es menor, pero cuando 
la temperatura alcanza los 25 grados centígrados, la floración es abundante. De 
manera similar, la baja temperatura afectará la actividad de las raíces y las 
temperaturas por debajo de los 15 grados Celsius absorberán agua y nutrientes, 
reduciendo así el rendimiento. 
Las temperaturas en torno a los 30 grados centígrados afectan las raíces 
superficiales y limitan su capacidad de absorción. 
La precipitación anual debe estar entre 1600 y 2500 mm. 
 
 
 
2.5.3. Requerimientos de suelo para el cultivo de cacao 
 
 
El suelo para el cultivo del cacao es preferiblemente plano y ligeramente inclinado, 
porque este tipo de tierra es muy fértil y, si se maneja bien, la erosión puede dañar 
seriamente la tierra. El suelo debe ser suelto y profundo para que las raíces se 
puedan distribuir sin dificultad, de modo que la raíz principal pueda penetrar 
fácilmente hasta una profundidad de 1,50 m. 
El suelo más adecuado para el desarrollo es el aluvial, arcilloso y profundo, con 
subsuelo permeable. Los suelos negros suelen ser los mejores porque se lixivia 
menos. (15) “Los nutrientes del suelo son esenciales para el normal crecimiento de 
los cultivos. Los principales nutrientes que debe tener el suelo para la prosperidad de 
los cultivos de cacao son: nitrógeno, fósforo, potasio y calcio. 
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Está determinada por las condiciones climáticas, la topografía, la susceptibilidad a 
las inundaciones, la suficiente capacidad de retención de agua y la suficiente 
capacidad de ventilación del suelo. (15) Suele haber problemas de drenaje interno 
debido a la disposición del perfil del suelo. Por ejemplo, cuando tiene una textura 
arcillosa, el agua se mueve muy lentamente, lo que provoca un aumento de la 
humedad y enfermedades en el fruto del cacao. Por lo tanto, conviene se deben tomar 
medidas en lugares lluviosos La importancia de la gestión del agua. 
El valor del pH en el suelo es una de las características más importantes, porque es 
un factor que determina la tasa de descomposición de la materia orgánica y la 
disponibilidad de nutrientes. (1) Los suelos con acidez o pH entre 6.0 y 7.0 son los 
más adecuados para el cacao, pero su desempeño es muy pobre, pero también 
puede adaptarse al rango extremo de muy ácido a muy alcalino (4.5-8.5). 
 
 
Figura 2.21 Vivero de cacao 
Fuente: (MAGAP, 2020b) 
 
2.5.4. Requerimientos climáticos y edáficos 
 
 
Altitud: 15 a 800 msnm. 
Temperatura: 24 a 25°C. 
Precipitación: 1500 a 3000 mm. 
Suelo: Fértiles, profundos y francos. 
pH: 6.0 a 7.0. 
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2.5.5. Zonas de producción en el país 
 
 
Distribuida en las provincias de Guayas, Los Ríos, Esmeraldas, Manabí, El Salvador, 
Santo Domingo, Santa Elena, Bolívar, Canal, Chimborazo, Azuay, Pichincha, Loja, 
Imbabura, Orellana, Napo, Pastaza, Zamora, Chinchipe, Morona, Santiago y 
Sucumbíos . 
 
 
2.6. Climatología agrícola 
 
 
En los términos más simples, la climatología se define como la ciencia del estudio del 
clima. Se basa en los principios básicos de la comprensión de cada elemento o 
variable que conforma el clima y sus interacciones, utiliza las estadísticas para 
convertirlo en información. 
 
Su importancia radica en el impacto de diferentes variables climáticas en los seres 
vivos. Se utiliza para controlar y regular la temperatura de la actividad enzimática de 
innumerables